催化重整学习课件PPT

应用化学系  第十章   催化重整   本章的主要内容：  烃类的催化重整反应  催化重整催化剂  催化重整原料的影响  反应条件对催化重整的影响  第十章  催化重整   应用化学系  第一节  概述   第一节  概述   一、催化重整原料与产品  催化重整的定义 : 重整是指烃类分子经过反应重新组成新的结构。催化重整是在催化剂作用下从石油轻馏分生产高辛烷值汽油组分或芳香烃的工艺过程，副产氢气则是加氢装置的重要氢源。   应用化学系  第一节  概述   催化重整的原料与产品：   直馏、焦化、加氢裂化的石脑油（轻油），其馏分范围需根据生产目的而定。   如果要生产高辛烷值汽油，则用 80180 的石脑油。   如果要生产芳烃（苯、甲苯、二甲苯、乙苯，简称 则用 60 145 的石脑油。   副产物氢气  应用化学系  第一节  概述   二、催化重整技术的发展状况  催化重整技术的发展与催化剂的发展密切相关，大体分为四个阶段：   1935 1949年，以氧化钼或氧化铬作为重整催化剂，反应在高温低压下进行。该催化剂的活性与芳构化选择性较低，稳定性差，操作周期短，反应 4 12小时，需要进行催化剂的烧焦再生，汽油的辛烷值不高。  应用化学系  第一节  概述   1949 1967年，美国 建成了用 此开始了催化重整大力发展的时期。  定性好、选择性好、液体产物收率高，反应运转周期长，催化剂表面积炭后经过再生其活性基本可以恢复到新鲜催化剂的水平。  应用化学系  第一节  概述   1967 1979年，美国 司开发出了铂铼双金属重整催化剂。其突出优点就是催化剂的活性高，容炭能力强，稳定性较高，因而可以在较高的反应温度和较低的氢分压下操作，催化剂还能保持良好的活性，汽油的辛烷值与产率、芳烃与氢气的产率均比较高。自此以后，各国相继又开发了铂锡、铂铱等系列催化剂。  应用化学系   1980 2000年，高铂铼比的铂铼与铂锡系列双（多）金属重整催化剂，大大提高了催化剂的稳定性，从而为提高固定床催化重整装置的反应苛刻度创造了必要的条件。   目前催化重整催化剂的发展处于一个相对稳定的时期。  第一节  概述   应用化学系  第一节  概述   三、催化重整工艺流程简述  由于催化重整是吸热过程，所以在反应过程中温度逐渐降低，为此催化重整一般是 3 4个反应器串联，在每个反应器之间通过加热炉加热，以补偿反应所吸收的热量，维持适宜的反应温度。   应用化学系  第一节  概述   催化重整催化剂在反应过程中会因积炭而逐渐失活，经再生后可以恢复其活性，根据催化剂的再生方式的不同可以分为：  半再生重整  连续再生重整  应用化学系  第一节  概述   图 10再生催化重整工艺流程示意图  1反应器； 2加热炉； 3稳定塔；  4压缩机； 5分离器   应用化学系  第一节  概述   半再生重整的特点：   一般采用固定床反应器型式，并列布置，装置运行一段时间后，催化剂活性降低，必须将装置停下来进行催化剂的再生，反应与再生是间断进行。  主要工艺技术有，  应用化学系  第一节  概述   图 10续催化重整原理流程图  1移动床反应器； 2催化剂连续催生系统；  3加热炉； 4分离器； 5压缩机； 5稳定塔   应用化学系  第一节  概述   连续重整的特点：  连续重整是指在装置运转期间反应与再生同时进行，其反应以及催化剂的再生分别在移动床中进行。  连续重整工艺由于连续进行催化剂的再生，使得系统中催化剂的活性始终维持在较高水平，可使操作周期延长，生产效率提高。  应用化学系  目前世界上的连续重整工艺：  应器采用重叠式布置，反应器间催化剂靠重力流动，不用气体提升，设备与框架比较高。  法国 应器采用并列式布置，催化剂在反应器之间的输送用气体提升，设备高度较低。  第一节  概述   应用化学系  第一节  概述   图 10应用化学系  第一节  概述   生产目的产品不同，其生产工艺也不完全相同。   以生产高辛烷值汽油为目的，工艺流程包括原料预处理和重整反应 两部分。   以生产轻芳烃为主要目的，工艺流程包括 原料预处理、重整反应、芳烃分离 三部分。  应用化学系  第一节  概述   原料预处理部分 ，其主要目的就是得到馏分范围、杂质含量都符合要求的重整原料，包括三部分：   预分馏， 其作用就是切取适合沸程的重整原料，同时脱去原料中的部分水分。   预脱砷 ，脱去原料中的砷。   预加氢 ，脱除原料中的杂质，使烯烃饱和以减少催化剂上的积炭。  应用化学系  第一节  概述   重整反应部分， 经预处理后的原料进入装置后，与循环氢混合并加热至 490 525，在 12反应器出来的反应产物经过换热后进入分离器，分离出含氢气 75 90v%的气体，以供循环使用；所得液体为含芳烃 30 70%的重整汽油，其 0以上，可以作为高辛烷值汽油组分。   应用化学系  第一节  概述   芳烃抽提部分， 重整汽油可以作为芳烃抽提装置的原料，用二乙二醇醚、三乙二醇醚、二甲基亚砜或环丁砜为溶剂抽提出芳烃，并经过精馏进一步得到苯、甲苯、二甲苯等有机化工原料。   应用化学系  第一节  概述   表 10 原      料  大庆原油 轻油  鲁宁管输原 油轻油  第一反应器入口温度 /温降  / 489/81 485/74 第二反应器入口温度 /温降  / 499/40 485/44 第三反应器入口温度 /温降  / 505/16 488/22 第四反应器入口温度 /温降  /  488/14 反应压力 /间速度 /油体积比  1310 1100 应用化学系  第一节  概述   原料  大庆原油轻油  鲁宁管输原油轻油  脱戊烷油收率 /w% 烃产率 / w%  /w% 苯 /w% 甲苯 /w% 烃转化率 /w% 氢收率 /w%   重整氢纯度 /%  10 应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   催化重整的主要反应：  环烷烃脱氢  异构化  烷烃脱氢环化   催化重整的副反应：  氢解与加氢裂化  积炭反应  第二节  催化重整的化学反应   应用化学系  一、六员环烷烃脱氢反应  + 3H 2+ 3 H 2C H 3 C H 3+ 3H 2C H 3C H 3C H 3C H 3表 10员环烷烃脱氢反应的热力学参数（ 700K）  反   应   /kJ/104 216 104 213 105 第二节  催化重整的化学反应   六员环烷脱氢是催化重整生成芳烃的最重要反应  表中数据表明：   此类反应是强吸热反应，提高反应温度对反应有利。   此类反应平衡常数很大，具有很高的平衡转化率，反应几乎完全相生成芳烃的方向移动。   带侧链的六元环烷烃脱氢反应的平衡常数随侧链碳数的增加而增加。  第二节  催化重整的化学反应   应用化学系  图 10度及氢分压对环己烷转化为苯的  平衡产率的影响  第二节  催化重整的化学反应   应用化学系  图 10度及氢分压对甲基环己烷转化为  甲苯的平衡产率的影响  第二节  催化重整的化学反应   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   从图可以看出：   高温低压对于六员环烷烃脱氢反应有利。温度高于 450以上、压力在 员环烷烃几乎可以全部转化为芳烃。   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10反应物  相对  反应速率  反应物  相对  反应速率  环己烷  ,2基环己烷  ,3基环己烷  ,4用化学系  第二节  催化重整的化学反应   六员环烷烃脱氢的反应速率常数很大，很容易达到平衡，因此该反应使产物的辛烷值与原料相比有很大的提高，如甲基环己烷脱氢后转化为甲苯使 6个单位。  带侧链的六员环烷烃脱氢反应速度比环己烷更大。   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   环己烷在铂催化剂上的脱氢机理：  早期，较多的人认为其分子中的 6个氢原子是在催化剂表面同时脱除的。  近年来，有些研究结果则表明环己烷的脱氢很可能循下列过程逐步进行的：  环己烷          环己烯          环己二烯           苯   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   二、异构化反应  催化重整中环烷烃和烷烃都会发生异构化反应，异构化反应是轻度放热的可逆反应，提高温度对反应不利，压力对异构化反应没有影响。异构化反应的速率一般较六员环烷烃脱氢反应速率要小得多。   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   1、环烷烃的异构化反应   在催化重整的条件下，分子中碳数 6的五员环烷烃可以异构化成六员环烷烃，而六员环烷烃便可以进一步脱氢成芳香烃。   在石油馏分中，五员环烷烃占有相当的比例，这些烃类如果不经异构化反应很难转化为芳烃。因此，五员环烷烃的异构化反应在催化重整反应中十分重要。   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10烷烃异构化反应热力学参数   反   应  500K 700K kJ/P  kJ/P 甲基环戊烷          环己烷  基环戊烷         甲基环己烷   第二节  催化重整的化学反应   表中数据表明：  由五员环烷烃异构化成六员环烷烃的反应是浅度的放热反应，同时随着反应温度的升高其平衡常数显著减小。   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   2、正构烷烃的异构化反应  反   应  500K 700K kJ/P kJ/P 正己烷                2庚烷                2辛烷                2 10正构烷烃异构化反应热力学参数   第二节  催化重整的化学反应   表中的数据表明：  正构烷烃的异构化反应也是浅度的放热可逆反应，此反应的平衡常数也随着反应温度的升高显著减小。  应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10不同温度下 正己烷异构化产物的平衡浓度  （摩尔分数）  温度 /K 298 400 600 800 己烷  ,2,3用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表中数据表明：  随着温度的升高，辛烷值较低的正构烷烃与单支链的异构烷烃平衡浓度增加，而具有较高辛烷值的多支链烷烃平衡浓度显著减少。  结论：  高温对生成高辛烷值异构烷烃不利。    应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   图 10烷烃平衡混合物辛烷值与温度的关系      应用化学系  图中表明：   催化重整约 500的高温条件不利于正构烷烃的异构化反应，因而它不会对产物辛烷值的提高有明显的贡献。   第二节  催化重整的化学反应   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   由此可见，在催化重整条件下，烷烃异构化不会使产品的辛烷值有显著提高。  原因在于：   重整的高温反应对于生成高辛烷值的多支链异构烷烃不利。   随相对分子质量的增加，异构烷烃的辛烷值明显下降，  应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   三、烷烃脱氢环化反应   烷烃脱氢环化的特点：  分子中含有 6个碳原子以上的直链烷烃都有可能脱氢环化转化为芳烃。这是一类能使重整产物辛烷值显著提高的反应。  经脱氢环化，每个烷烃分子可产生 4个氢分子，因此是重要的产氢反应。  强吸热反应，其热效应比六员环烷烃脱氢反应还要大，约为 250kJ/  应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 106  反         应  平衡常数  / 00K 600K 800K        10105       10 106       10107       10107 应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   由表可见：  在较高的反应温度下，烷烃脱氢环化的平衡转化率较高。  由于反应产物的分子数是反应物的 5倍，因而提高反应压力对反应不利。  应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   图 10度与氢分压对正己烷转化为  苯的平衡产率的影响   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   图 10度与氢分压对正庚烷转化为  甲苯的平衡产率的影响  应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10庚烷环化脱氢为甲苯的  平衡转化率与实际转化率  反应压力， 苯的平衡产率， >90 60 30 甲苯的实际产率， 40 25 17 应用化学系  图 10正构烷烃脱氢环化反应平衡混合物中芳烃含量  1 2 3第二节  催化重整的化学反应   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   从上图与上表可以看出：  高温低压对烷烃的脱氢环化是有利的。  碳数增加时，烷烃越容易脱氢环化为芳烃。  从热力学的角度而言，烷烃在重整反应条件下的脱氢环化反应平衡转化率是较高的，  但是其实际转化率比较低，这主要是由于动力学的影响。    应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   正庚烷的催化重整反应历程：   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10正庚烷转化的各起始反应速率 h)  (催化剂： 件： 497，  r0 r1 r2 r3 r4 用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表中数据表明：  正庚烷脱氢环化的速度（ 小，比六员环烷烃脱氢反应速度（ 小得多。  烷烃分子的碳链越长，其脱氢环化反应的速率越大。    应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   四、氢解及加氢裂化反应   在催化重整过程中，烷烃、环烷烃以及带侧链的芳烃都有可能发生氢解（ 加氢裂化（ 应，   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10  (催化剂：  产  物  氢解反应（ 285）  正己烷  2正戊烷  3正戊烷  2,3甲基丁烷  甲   烷     烷   丙   烷   丁烷    异丁烷     正戊烷   异戊烷   用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10  (催化剂：  产  物  加氢裂化反应（ 420）  正己烷  2正戊烷  3正戊烷  2,3甲基丁烷  甲   烷  7 6 9 7 乙   烷  28 28 36 2 丙   烷  35 30 11 82 正丁烷  21 23 异丁烷  6 28 13 2 正戊烷  3 6 5 1 异戊烷   2 3 6 应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   氢解与加氢裂化的主要区别：  氢解反应 是被重整催化剂的 金属中心 所催化；分子中任何一个 于异构烷烃而言，产物中甲烷较多。  加氢裂化 则是按 正碳离子历程 在其 酸性中心 进行，具有一定的选择性，其产物中 4的烷烃较多。   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   氢解与加氢裂化的主要特点：  氢解与加氢裂化反应均是中等程度的放热反应，升高温度，其平衡常数减小。  在催化重整过程中，氢解与加氢裂化反应会导致液体产物产率降低，并消耗氢气，是不希望的副反应。  在催化重整开工初期，催化剂的活性较高，容易发生氢解与加氢裂化反应。  应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   五、积炭反应   催化重整反应过程中，烃类深度脱氢会生成烯烃、二烯烃以及稠环芳烃，它们会牢固地吸附在催化剂的表面，进一步脱氢缩合成焦炭，使催化剂失活。   应用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表 10种单体烃在  烃类  催化剂上积炭  m% 烃类  催化剂上积炭  m% 正戊烷    己烷  苯  庚烷  苯  辛烷   癸烷   戊烷  丙基苯  基环戊烷  丙基苯  己烷  基环己烷  用化学系  第二节  催化重整的化学反应   表中数据表明：  除丙基苯外，五员环烷烃也是一类很容易积炭的物质，一般认为环戊烷及其脱氢产物环戊烯、环戊二烯是重要的积炭前身物。  在工业生产中必须选用适宜的操作条件以抑制积炭反应，延长催化剂的使用时间。   应用化学系  综上所述，各类反应的特点：  六员环烷烃脱氢 生成芳烃，使产物的辛烷值提高，是催化重整最基本的反应，而且其平衡常数大，反应速率快，是强吸热反应。  五员环烷烃异构化 成六员环烷烃，进而脱氢成芳烃，也是有利的反应，其平衡常数与反应速率较低，是轻度放热反应，由于六员环烷烃生成后容易转化为芳烃，因而其转化率较高。  第二节  催化重整的化学反应   应用化学系   烷烃的脱氢环化 直接生成芳烃，使产物的辛烷值提高，也是催化重整的最基本反应其平衡常数很大，但是反应速率较低，其实际转化率不高，也是强吸热反应。   氢解与加氢裂化反应 是需要抑制的副反应，其反应速率较低，是中等程度的放热反应。   积炭反应 是有害的反应。  催化重整的总体热效应为 强吸热反应 。   第二节  催化重整的化学反应   应用化学系  第三节   催化重整催化剂   第三节  催化重整催化剂   一、催化重整催化剂的双功能特性   催化重整的反应中最基本的反应：  脱氢  异构化  烷烃的脱氢环化是这两者的结合  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   脱氢和异构化，这两类反应的历程以及所需的催化剂活性物质是不同的。要求所用的催化剂既具有脱氢功能，又要具有异构化功能。   催化重整催化剂的双功能特性：   加氢脱氢反应则需要金属催化剂，具有脱氢的 金属活性中心 。   异构化反应则需要 酸性活性中心 ，反应机理为正碳离子历程。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   以甲基环戊烷转化为苯反应历程为例，即可以看出催化重整催化剂必须是双功能的。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   图 106烃类催化重整反应网络   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   图中：  纵向的反应是在金属中心进行的加氢脱氢反应。  横向的反应则是在酸性中心进行的异构化反应。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   就催化重整催化剂而言：   其加氢脱氢功能是由以铂为主的金属组分提供的。   而其酸性功能则是用卤素改性的氧化铝载体来提供的。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   催化剂的活性集团：  在催化重整催化剂的表面，由金属和酸性这两类活性中心复合组成。  金属中心和酸性中心的数目、活性以及它们的相对数目与相对活性基本决定了它们所组成的活性集团的性质。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   重整催化剂金属中心与酸性中心的协调配合，是保证其催化功能得到充分发挥的重要因素。   金属功能过强，易于生成积炭，使催化剂失活，稳定性下降，氢解反应严重，液体收率降低，选择性变差。   酸性功能太强，会导致烷烃或环烷烃的加氢裂化反应加剧，导致液体收率和转化为芳烃的选择性变差，也容易积炭而降低稳定性。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   二、催化重整催化剂的组成   催化重整催化剂属于负载型的，即用金属组分载在用卤素改性的氧化铝上。主要有如下三部分组成：  金属组分  载体  卤素   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   1、金属组分   金属催化剂是多相催化剂的一大门类，过渡金属是有效的加氢脱氢催化剂，尤其以 族金属应用最为广泛。这类金属的共同特点是其 0，含有一个或多个未成对的电子，它们对氢均有较强的化学吸附能力，因而对加氢脱氢反应具有较高的催化活性。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   （ 1）第一金属组分铂（   催化重整的主要金属组分无一例外地都是铂。主要是其催化活性高，来源相对比较丰富，但是也是非常昂贵的。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   表 10种载在氧化铝上的活性组分的相对活性  活性组分  含量 / w% 相对活性  铂   铱      化钼  化铬  用化学系  第三节  催化重整催化剂    铂晶粒的分散度   铂在重整催化剂中是以晶粒形态存在的，其晶胞是由 14个铂原子组成的面心立方体。其晶粒越小，它与载体接触的界面越大，形成的活性基团就越多，其活性及稳定性相应就越高。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   铂晶粒的测定方法：  在载体上铂晶粒的大小可以用电子显微镜直接测得，也可以用 X射线衍射法求取。  若用气体化学吸附法测定，其分散度的定义如下：   总的铂原子数吸附的氢原子数分散度应用化学系  第三节  催化重整催化剂   分散度为 1表明晶粒极小，每个铂原子都处于其表面。   分散度为 0个铂原子有一个出现在其晶粒表面，此时的平均粒径为 10  一般要求晶粒的平均粒径为 10  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   铂重整催化剂的制备方法：   为了使铂高度分散在氧化铝载体上，通常采用氯铂酸（ 液浸渍法，然后经过干燥、焙烧和还原，干燥温度一般为 100120。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   焙烧的目的：  将浸渍上的金属盐类转化为相应的氧化物，如 便使其还原为活性的金属组分。  焙烧的温度不能太高，否则会使还原后铂的晶粒过大。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   表 10分散度对重整催化剂性能的影响   催化剂样品号  1 2 3 4 5 6 780氢气处理时间  0 2 4 10 17 72 催化剂比表面积， m2/g 179 174 161 158 145 140 铂表面积， m2/g 晶粒平均直径， 庚烷总转化率， 氢环化转化率， 用化学系  第三节  催化重整催化剂   表中数据表明：  催化重整催化剂在氢气气氛中经过高温处理，其中铂的晶粒会逐渐萎缩，铂晶粒的变大、比表面积变小；  正庚烷的总转化率逐渐降低，而脱氢环化的转化率更是显著降低，表明催化剂的活性与选择性都明显变差。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   图 10分散度对环己烷脱氢和苯加氢反应速率的影响   环己烷脱氢反应； 苯加氢反应  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   从图可以看出：  由金属功能控制的环己烷脱氢和苯加氢反应的反应速率是与金属铂的分散度成正比的。  表明铂的分散度对此类反应的影响极为显著。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂    催化剂中铂的含量   表 10催化剂中铂含量对正庚烷异构化  及脱氢环化反应速率的影响   铂含量 /w% 氢环化反应速率  / (s 6 32 37 异构化反应速率  / (s 8 81 72 72 应用化学系  第三节  催化重整催化剂   表中的数据表明：  在一定范围内，重整催化剂的 脱氢 活性和稳定性随铂含量的增加而增强；  异构化反应速率不基本受催化剂中铂含量的影响。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   工业用单铂催化剂中含铂 若含量太低催化剂容易失活，若含量太高会增加催化剂的成本，也不能显著改善其催化性能。由于铂的价格昂贵，工业上催化重整催化剂应尽量降低铂的含量。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂    铂的催化脱氢机理  铂原子含有一个未充满的 5中未成对电子极易与氢原子的 1以铂原子对氢具有强烈的吸引力。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   环己烷在铂催化剂上的脱氢过程如下：   H.+ 2M + + +- 2H.H.H.H.+ + +.第三节  催化重整催化剂   （ 2）第二金属组分铼、锡、铱等   早期的催化重整催化剂只含有金属铂组分，为了进一步提高重整催化剂的活性与稳定性，使其能够在更加苛刻的条件下进行，自二十世纪70年代以来普遍采用双金属催化剂，即在催化剂中  除了铂以外，还引入第二金属组分，如铼、锡、铱，其中以铼和锡用得最多。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂    铂铼系列   图 10庚烷在铂催化剂和铂铼催化剂上  反应活性与时间的关系  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   从图可见：  铂铼催化剂与铂催化剂的初活性相差不多，但因积炭速度较慢，其稳定性明显增强。   对于金属铼的作用机理至今存在不同观点：   观点一，铼与铂形成合金或簇团，改变金属中心的性质，从而对催化剂的活性、选择性、稳定性产生影响。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   观点二，积炭反应需要在多个相邻的铂原子所构成的多位中心进行，而铼经硫化后形成的硫化物会稀释铂原子簇团，从而抑制了积炭反应。   观点三，在载体的作用下，铼并没有完全还原成金属态，而是部分以 存在，而 促进积炭前身物的加氢，使积炭减少。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   由于铼的氢解性能较强，引入后必须经过预硫化才能明显抑制氢解反应，使催化剂具有较好的芳构化选择性。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   在铂铼重整催化剂中， 究表明，随着   甲基环戊烷的脱氢异构化反应被促进，而直链烷烃的脱氢环化速度受到抑制。   反应的积炭量降低，催化剂的稳定性得以改善，可大大延长运转周期。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   工业上的铂铼催化剂中的 ，由于 此要求严格控制重整原料中的硫含量。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   表 10e/料：正庚烷）  t 炭量  / w% 未硫化  硫化  用化学系  第三节  催化重整催化剂   表中数据表明：  无论催化剂是否预硫化，反应后的积炭量均随着  量的硫引入到催化剂中后可抑制积炭的生成。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   表 10同 牌号  属含量  / w% e e/烃产率  / w% 初始  化后  化条件： 540， 应用化学系  第三节  催化重整催化剂   表中数据表明：  两种 是经过老化后    由于金属铂的价格昂贵，所以工业铂铼重整催化剂中的含铂量尽可能地降低，   应用化学系  第三节  催化重整催化剂    铂锡系列   锡的引入对重整催化剂的活性稍有抑制作用，但其选择性较好，尤其是在低压、高温下具有较好的稳定性，所以目前在连续重整装置中普遍采用铂锡系列催化剂。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   图 10反应条件： 520， 速 用化学系  第三节  催化重整催化剂   从图可见：  铂锡催化剂在高温、低压的苛刻条件下的反应性能不仅优于单铂催化剂，而且还优于其它类型的双金属催化剂。  根据热力学分析，低压、高温的反应条件有利于脱氢和脱氢环化等生成芳烃的反应，而铂锡催化剂正是适合于在这种条件下使用的催化剂。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   对于金属锡的作用机理也存在不同观点：   观点一，锡与铂形成合金，使铂原子簇稀释，不易形成多位中心，从而抑制积炭，也使高度分散的铂晶粒不易聚结。  观点二，催化剂中的锡是以 式存在，它们与载体相互作用，改变了载体的酸性，并减弱了铂的缺电子性，从而减少积炭。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂   在催化重整反应中，生成积炭的重要途径  : 锡的引入使第二步深度脱氢反应减缓，导致体系中作为积炭前身物的环戊二烯浓度降低，积炭量随之减少，催化剂的稳定性得以提高。   积炭五元环二烯五元环烯五元环烷 酸中心金属中心金属中心 应用化学系  第三节  催化重整催化剂   与铼不同，由于锡本身对氢解反应有抑制作用，所以铂锡催化剂在使用前无需进行预硫化。   目前工业上所用的铂锡催化剂中的含铂与含锡量均为 右。  应用化学系  第三节  催化重整催化剂    铂铱系列   铱和铂一样都是活性金属组分，与铼相似，在铂催化剂中引入铱会增强烷烃脱氢环化能力，而铱的氢解能力比铼更强，所以铂铱重整催化剂不仅需要预硫化，还需要加入其它金属组分来抑制其氢解能力，改善选择性。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   铱与铼一样，可以通过使积炭前身物开环裂解来减少积炭、提高催化剂的稳定性。   由于铱本身特别容易聚结，而且价格也比铂高，所以很少应用。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   （ 3）其它金属组分   为了进一步改善重整催化剂性能，有时还在上述第二金属组分外加入第三或第四金属组分，如钛、铝、铈等，即所谓多金属重整催化剂。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   表 10入钛对铂铼重整催化剂反应性能的影响  钛含量， m% 体收率， m% 烃收率， m% 铂铼重整催化剂中引入钛可改善其活性、选择性和稳定性，使液体收率和芳烃收率都有所提高。   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   2、载体   （ 1）载体的作用   载体又称担体（ 它并不是活性组分简单的支承物，在负载型催化剂中它具有如下的功能：   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   载体的表面积较大，可使活性组分很好地分散在其表面，并可容纳较多的积炭延缓催化剂的失活。   载体具有多孔性，适当的孔径分布有利于反应物扩散到内表面进行反应。     载体一般为熔点较高的氧化物，当活性组分分散在其表面时，可提高催化剂的热稳定性，不容易发生熔结现象。   应用化学系   可提高催化剂的机械强度，减少损耗  。   对于贵金属催化剂，可节约活性组分，降低催化剂的成本  。     由于载体与活性组分的相互作用，有时还可以改善催化剂的活性、稳定性和选择性  。   第三节  催化重整催化剂   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   一个好的载体应该具有如下的性能：   适合而又稳定的晶相结构   足够大的比表面积和适宜的孔径分布   应能保证活性组分高度分散、均匀分布   较高的机械强度和热稳定性   良好的传热与传质性能   最好还能改善催化剂的反应性能    应用化学系  第三节  催化重整催化剂   工业上常用的载体：  氧化铝  二氧化硅  分子筛  活性炭  重整催化剂的载体：  氧化铝   应用化学系  第三节  催化重整催化剂   （ 2）氧化铝的制备   一般先制成水合氧化铝，再经过热处理转型为所需类型的氧化铝。   目前大多数采用沉淀法制取水合氧化铝，按所用沉淀剂的不同分为：   碱沉淀：  酸沉淀：  2 A l 3  +   6 O H   O 3   n H 2  O  l O 2  +  2 H +  - H 2 O  O 3   n H 2 第三节  催化重整催化剂   所得水合氧化铝有三种不同的形态：     或  H)3    2O    或  H)   (0180的馏分易于在重整催化剂上积炭，缩短生产周期；   使重整产物的终馏点符合汽油的规格。   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  图 10重整原料的终馏点与催化剂相对积炭速率的关系   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  二、烃类组成的影响  催化重整产物的辛烷值以及其中含有的芳烃含量与原料中的烃类组成直接相关。  原料中含有的环烷烃越多，尤其是六员环烷烃越多，重整产物中的芳烃含量也就越多，辛烷值也越高。    第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  环烷基与中间基原油的轻馏分是比较理想的重整原料，而石蜡基原油的轻馏分催化重整就需要更加苛刻的条件，以强化烷烃脱氢环化反应，即使如此，其芳烃的产率仍然较低，液体收率也较低。   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  催化重整过程中的“重整转化率”是指重整产物中的芳烃产率占原料中芳烃潜含量的百分率。   第四节  催化重整原料的影响   芳烃潜含量重整油收率重整油芳烃含量芳烃潜含量芳烃产率重整转化率100应用化学系  芳烃潜含量是指原料中固有的   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  芳烃潜含量 =苯潜含量 +甲苯潜含量 +芳烃潜含量的计算方法如下：   第四节  催化重整原料的影响   芳烃环烷烃芳烃潜含量甲苯环烷烃甲苯潜含量苯环烷烃苯潜含量应用化学系  表 10化重整原料（ 60 130）的烃类组成  烃类  大庆轻馏分  胜利轻馏分  大港轻馏分  烷烃  己烷  己烷  庚烷  庚烷  烷  四节  催化重整原料的影响   应用化学系  表 10化重整原料（ 60 130）的烃类组成  烃类  大庆轻馏分  胜利轻馏分  大港轻馏分  环烷烃  戊烷  基环戊烷  己烷  甲基环戊烷  基环己烷  基环戊烷  8环烷  四节  催化重整原料的影响   应用化学系  表 10化重整原料（ 60 130）的烃类组成  烃类  大庆轻馏分  胜利轻馏分  大港轻馏分  芳烃    苯  8芳烃  烃潜含量  四节  催化重整原料的影响   应用化学系  此外也可以用芳烃收率指数（ N+2A）来表征重整原料化学组成，其中  第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  表 10几种重整原料的 (N+2A)值   原油  大庆  胜利  辽河  惠州  塔中  馏分  范围  / 60 65180 80 60 60 (N+2A) / % 油  基属  石蜡基  中间基  环烷 - 中间基  石蜡基  中间基  第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  图 10辛烷值与液体收率的关系   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  上述数据表明：   芳烃收率指数（ N+2A）值越大，表示其重整的芳烃收率也就越大。   当液体产物收率相同时，用（ N+2A）值较高的原料油可以得到辛烷值较高的产物。   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  原料中的芳烃潜含量只是说明生成芳烃的可能性，实际上的重整转化率（芳烃转化率）除了取决于催化剂的性能和操作条件外，还与环烷烃的分子类型有关。   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  在重整反应条件下：  六员环烷烃脱氢反应速度很快，几乎可以全部转化为芳烃；  分子中碳数大于 6的五员环烷烃异构脱氢反应速度也很快；  分子中碳数等于 6的五员环烷烃（甲基环戊烷）异构脱氢的反应速度很慢。   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  表 10化重整中各种环烷烃的转化率  （原料油：胜利轻馏分；催化剂：  环烷烃  甲基  环戊烷  环己烷  二甲基  环戊烷  甲基  环己烷  烷烃  转化率  m% 四节  催化重整原料的影响   应用化学系  从芳烃潜含量的定义可以看到，实际上未包括烷烃脱氢环化转化生成的芳烃，在用双金属催化重整时，烷烃脱氢环化反应占有相当的比重，因此出现重整转化率超过 100%的情况，有时可以达到 150% 。  第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  三、杂质含量的影响   催化重整催化剂非常娇贵，对原料中的杂质也非常敏感，因此对原料中能使催化剂永久性或暂时性中毒的杂质要严格控制。由于铂铼与铂锡催化剂对杂质的影响更加敏感，因而对原料的要求更加严格。   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  表 10化重整原料中杂质的最大允许含量  杂质  最大  允许含量  杂质  最大  允许含量  硫  0.5g/g 水  5g/g 氮  0.5g/g 砷  g/g 氯  0.5g/g 铝、铜等  g/g 第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  为了达到上述的杂质含量的要求，催化重整原料必须要经过预处理，即采用预加氢的方法将硫、氮转化为 将有机金属化合物分解，金属沉积在催化剂的表面，从而使原料中的杂质含量符合要求。   对于含砷量较高的原料依靠常规的预加氢无法达到要求，因此还需要增加预脱砷设备。   第四节  催化重整原料的影响   应用化学系  第五节  反应条件对催化重整的影响   催化重整的主要反应条件：  反应温度  反应压力  空速  氢油比  第五节  反应条件对催化重整的影响   应用化学系  一、反应温度的影响  由于催化重整的主要反应六员环烷烃脱氢和烷烃的脱氢环化都是强吸热反应，所以从化学平衡的角度，希望采用较高的反应温度。   第五节  反应条件对催化重整的影响   应用化学系  图 10度对催化重整中各类反应的影响   第五节  反应条件对催化重整的影响   应用化学系  提高反应温度受到以下几个因素限制：   过高的反应温度会导致裂化反应加剧从而降低液体产物的收率和积炭速度加快，缩短操作周期，因此从动力学的角度看，高温有利于裂化与积炭副反应。   过高的温度还会使催化剂上的铂晶粒聚结及载体的比表面积减少，导致活性降低。  第五节  反应条件对催化重整的影响   应用化学系  由于重整反应是强吸热反应，所以在每个绝热反应器中体系的温度都会明显降低，而且催化剂的活性越好，其温降也越大。   在第一个反应器中温降可达 40 80，因为反应速度最快且吸热最多的六员环烷烃脱氢反应主要在第一个反应器中进行。   第五节  反应条件对催化重整的影响   应用化学系  最后一个反应器温降最小，因为反应速度较小的烷烃脱氢环化以及加氢裂化主要在其中进行，这两个反应的转化率均较低，而且前者是吸热反应，后者是放热反应，其热效应要相互抵消一部分，所以温降一般只有 10左右。   第五节  反应条件对催化重整的影响   应用化学系  重整反应器一般为 4个串联，而且温度变化相当大，对于温度变化较大的体系，一般采用加权平均床层温度来表示其反应温度。   加权平均床层温度的定义如下